W dzisiejszym krótkim artykule przedstawię Wam w dużym skrócie bilans energetyczny produkcji biodiesla, w schemacie prawie well-to-wheel. Well-to-wheel przedstawia sprawność całego cyklu wszystkich przemian energetycznych począwszy od wydobycia paliwa ze złoża/miejsca wydobycia (well) aż do dostarczenia go do kół (wheel), uwzględnia rafinację paliwa, jego transport, i straty na przetworzenie na energię mechaniczną. Tu nie będziemy uwzględniać strat w silniku, skrzyni biegów, itd.
Z zagadnieniem bardzo związane jest pojęcie Energy Return On Energy Invested (EROEI), czyli zwrot energetyczny w odniesieniu do energii zużytej w procesie. To coś podobnego do współczynnika wydajności pompy ciepła (Coefficient Of Performance – COP), który odzwierciedla stosunek ilości pozyskanego ciepła do ilości zużytego prądu. EROEI to stosunek wartości opałowej paliwa do energii zużytej na jego produkcję. Gdy jest poniżej jedności, tracimy energię. Gdy wynosi ponad 100%, można mówić o energetycznej opłacalności jakiegoś procesu.
Patrząc od punktu wyjścia, czyli od hektara nieużytków, produkcja biodiesla składa się z następujących etapów:
- zabiegi agrotechniczne — orka, siew nasion rzepaku, opryski, zbiór rzepaku,
- transport plonów do tłoczni,
- produkcja oleju roślinnego w procesie wytłaczania,
- rafinacja oleju rzepakowego,
- transesteryfikacja, czyli etap właściwej produkcji biodiesla,
- oczyszczenie powstałego biodiesla.
Oczywiście na każdym z tych etapów musimy do procesu dołożyć energię, mamy też straty, gdzieniegdzie mamy też dające się zagospodarować odpady.
W dużym skrócie, źródło (1) podaje, że EROEI produkcji biodiesla jest rzędu 5,4 do 6,3, po czym zaraz przedstawia szczegółowe wyliczenia, z których wynika, że jest rzędu 1,35.
Szczegółowe wyliczenia wyglądają tak:
- na zabiegi agrotechniczne zużywamy ok. 20 GJ na hektar, otrzymując 66,9 GJ/ha w nasionach rzepaku (2,7 t/ha) i 65 GJ/ha w słomie rzepakowej (4,7 t/ha),
- na wytłoczenie oleju zużywamy 3,4 GJ/ha (dostajemy 1 084 kg/ha surowego oleju), otrzymując też śrutę rzepakową (jakieś nieprawdopodobne 25 kg/ha!),
- do rafinacji zużywamy 1,8 GJ/ha, mamy też straty oleju — 2,1 GJ/ha,
- w procesie produkcji biodiesla zużywamy ok. 5 GJ/ha i 112 kg/ha metanolu,
- ostatecznie otrzymujemy z hektara 1 029 kg/ha biodiesla o wartości opałowej 40,6 GJ/ha, ale też 113 kg/ha gliceryny.
Proste dzielenie 40,6 / (20 + 3,4 + 1,8 + 5) daje EROEI równe 1,357. I to bez uwzględnienia energii niezbędnej na wyprodukowanie metanolu!
Nie mam niestety kontaktu z rolnikami uprawiającymi rzepak, którzy mogliby skorygować w odpowiednich miejscach to zestawienie. Może Wy macie jakieś sugestie, gdzie może być błąd?
Oczywiście EROEI rzepaku nie powinno uwzględniać energii, którą możemy otrzymać ze spalenia słomy rzepakowej czy gliceryny, skoro są to odpady. W bilansie energetycznym małego gospodarstwa rolnego oczywiście nie sposób ich pominąć, skoro słoma przyda się choćby do ogrzania domu (tu artykuł na temat ogrzewania kotłem na słomę).
Tak czy siak mam wątpliwości, czy produkcja biodiesla ma jakikolwiek sens energetyczny. A i tak jest to paliwo, które do produkcji wymaga mniej energii, niż etanol!
Źródło:
(1) Merkisz, J., Pielecha, I.: „Alternatywne paliwa i układy napędowe pojazdów”, Poznań 2004 – Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej.
Artykuł po raz pierwszy opublikowany w 2010 r.
Wydaje mi się ze wysoki współczynnik przy zabiegach agrotechnicznych może być wyliczony dla małych działek. Przy wielkopowierzchniowej uprawie, prawdopodobnie obniży się średnie zużycie energii. No i zastanawia mnie skąd te dane liczbowe ? książki? własne wyliczenia ?
ciekawe wyliczenie choć wyliczone EROEI na poziomie 1,357 nie jest zachęcające
Widzialem tabele, z ktorej zostaly zaczerpniete dane i zawiera ona kilka
literowek i niescislosci. Pierwsza jest ilosc uzyskanej sruty, powinno
wyjsc ponad 1t/ha. Prawdopodobnie w tabeli pomylono jednostki i powinna byc
wartosc opalowa, czyli 25GJ/ha. Ilosc energii zuzytej do transestryfikacji
jest zbyt duza jak na ten proces. Prawdopodobnie zawiera juz energie
konieczna do uzyskania metanolu. Bledem jest takze traktowanie produkcji
biodiesla w bardzo waski sposob. Gdy tak sie liczy to rzeczywiscie EROEI
wyniesie nieco ponad 1, czyli na granicy oplacalnosci energetycznej. Ale
nie widze absolutnie zadnej przeslanki dla nieuwzgledniania energii
odpadow. W koncu te odpady sa przywiezione z pola (tabela nie uwzglednia np.
energii w korzeniach rzepaku, ktorej jest conajmniej tyle ile daje sloma).
Kazdy odpad w tabeli jest palny, co znacznie ulatwia ich wykorzystanie.
Wystarczy dodac kolejny ciag, gdzie energia slomy, gliceryny czy sruty jest
zamieniana na elektrycznosc i cieplo. One z kolei sluza do zasilania linii
produkcyjnej biodiesla. W takim wypadku da sie odzyskac gro energii, a to
nie wszystko. Po spaleniu czy fermentacji metanowej sloma i sruta
pozostawia po sobie nawoz wieloskladnikowy, czyli odejma czesc energii na
zabiegi agrotechniczne. W dodatku energia uzyskana z tych odpadow bedzie
znacznie wieksza od mozliwej do wykorzystania w produkcji biodiesla.
Naprawde nie widze logicznego powodu aby liczac EROEI ignorowac to, co
zuzyje fabryka traktorow czy sam rolnik 😉 Byc moze autorzy ksiazki
wykonali obliczenia na podstawie takich wytycznych i otrzymali wynik w
granicach 5, co wydaje mi sie blizsze prawdy. Dodajmy do tego fakt, ze
biodiesel jest rozpaczliwa proba przystosowania paliwa do istniejacych
silnikow, co obniza EROEI. Gdyby przyjac inne zalozenie i przystosowac
silniki do oleju rzepakowego to EROEI biopaliwa do diesla znaczaco
wzrosnie. Cala masa fachowcow udowodnila, ze jest to proste, wiec dla
duzych koncernow motoryzacyjnych bedzie zerowym wyzwaniem.
Czestym bledem popelnianym przez krytykow biopaliw jest proba
udowodnienia, iz zmniejsza one produkcje zywnosci i zwieksza jej cene. IMHO
sprawa jest bardziej zlozona i pewien poziom produkcji biopaliw moze
spowodowac spadek cen zywnosci i wzrost produkcji. Np. przy produkcji
biodiesla powstaje duzo sruty rzepakowej, ktora moze byc stosowana w
zywieniu wielu gatunkow zierzat zamiast sruty sojowej. Ta druga z kazdym
rokiem jest drozsza, a o jej produkcji i transporcie szkoda mowic. A to
oznacza, ze predzej czy pozniej trzeba bedzie z niej zrezygnowac, ostatni
hodowca stosujacy te pasze padnie z wielkim hukiem. Zmianowanie pol
rzepakiem jest bardzo korzystne, bo roslina ta korzeni sie inaczej niz
zboza i na dodatek okrywa na zime glebe zapobiegajac wymywaniu skladnikow
pokarmowych i erozji. Podczas koszenia sporo nasion sie wysypie, gdyby
zostawic je aby urosly to mamy darmowy polon, ktory po zaoraniu da efekt
pelnej dawki obornika. Co prawda nie uprawiam rzepaku ale ten trick
stosuje z blisko z nim spokrewniona gorczyca. Uprawa rzepaku jest bardziej
oplacalna niz wiekszosci zboz, a on wchodzac w ich areal zdejmuje ryzyko
nadprodukcji. Poniewaz da sie zuzytkowac doslownie kazda ilosc oleju to
nie ma ryzyka nadprodukcji, a wiec daje to gwarancje oplacalnosci. Przy
zrownowazeniu produkcji zboz ta oplacalnosc przeleje sie takze na te
dziedzine, co powinno zapewnic bezpieczenstwo zywnosciowe. Oczywiscie to co
napisalem ma swoje granice. Z chwila, gdy rzepak wyprze zboza tak mocno,
ze zabraknie ich na rynku jego uprawa bedzie niekorzystna, ale do tego
punktu jest bardzo daleko.
Jeszcze kilka moich uwag na temat oplacalnosci etanolu. Tu takze wiele
zalezy od sposobu liczenia. Gdy przyjmie sie caly cykl nastawiony tylko na
niego to wynik jest tragiczny. Ale etanol ma jedna istotna przewage
nad olejem – mozna go zrobic z wielu surowcow odpadowych. Sa to m.innymi
melasa, pozagatunkowe zboza i ziemniaki, owoce i czesc odpadow z
przetworstwa owocowo-warzywnego. Szacuje sie, ze nadprodukcja zboz w Polsce
w 2009r wyniosla 4-5 mln ton, a w tym roku moze byc wieksza. W efekcie
zezwolono na ich spalanie, co wskazuje jak duza jest skala problemu.
Owszem, do produkcji alkoholu potrzeba duzo energii, ale jest to cieplo o
niewygurowanych parametrach. Nie wierze, ze nie znalazloby dosyc
odpowiedniego odpadu w elektrowniach czy elektrocieplowniach, ale… jego
wykorzystanie wymaga odpowiedniej logistyki i przepisow. I z tym bedzie
najtrudniej, bo malo znajdzie sie chetnych do dodawanie sobie kolejnego
problemu do i tak trudnej produkcji pradu i ciepla. A gdyby przypadkiem
znalazl sie chetny „inewstor indywidualny” chcacy postawic obok EC
gorzelnie to ci cieplo wyrzucane w atmosfere sprobuja sprzedac za bardzo
ciezka kase. W efekcie ziarno, ktore mogloby zastapic polowe zuzywanej w
Polsce benzyny trafi na kompost lub pojdzie z dymem. A to, ktore uda sie
przerobic na etanol przy pomocy dotychczasowych technologii uzyska EROEI
ponizej 1. I tak wyglada efektywnosc energetyczna i oszczednosci energii
nie tylko u nas, ale chyba w dowolnym punkcie naszego globu 🙁
Bardzo interesujący artykuł.